第五章钻进工艺LU

第五章回转钻进工艺

1、钻进效果指标及钻进规程参数2、硬质合金钻进工艺3、金刚石钻进工艺4、钢粒钻进工艺5、牙轮钻进工艺6、全面钻头钻进工艺

第一节

钻进效果指标与钻进规程参数

一、钻进效果指标（一）钻进效果指标的含义1、钻进效果指标的定义

是衡量钻进速度、钻进成本、钻进质量的经济技术指标。钻进速度、钻进成本、钻进质量之间有着密切的联系。2、钻进效果指标内容

包括：钻速、单位成本、岩矿心采取率和钻孔弯曲等。它们受多因素的影响，有不可控因素和可控因素。不可控因素是指客观存在的因素，如所钻地层、岩性及其埋深等；可控因素是指通过一定的设备和技术手段可进行人工调节的因素，如钻头类型、冲洗液性能、钻压、转速和泵量等。

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第一节

钻进效果指标与钻进规程参数

一、钻进效果指标（二）钻进速度

钻进速度是衡量钻进效果的基本指标，也是考核钻进工艺和生产管理水平的最重要依据。根据不同的技术统计需要，有以下几种钻速衡量指标：1、机械钻速2、回次钻速3.技术钻速4、经济钻速5、循环钻速

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第一节

钻进效果指标与钻进规程参数

1、机械钻速机械钻速是单位纯钻进时间内所钻的进尺。计算式如下：

（m/h）式中：H——钻进进尺，m；

t——纯钻进时间，h。机械钻速表示岩石钻进的难易程度，取决于岩石性质、钻进方法、钻具、钻进工艺和技术的合理性等因素。机械钻速表示钻进工作最基本的状况，在一定的条件下，必须优选钻进参数。

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钻进效果指标与钻进规程参数

2、回次钻速

表示从下入钻具，进行钻进，直到钻具提出钻孔的工序中（即所谓一回次）单位时间的进尺。其计算公式如下：

(m/h)

式中：HR——回次进尺，m；

t1——辅助作业时间，h。t1包括钻进准备、起下钻、冲孔、扫孔、立轴倒杆、接长钻杆、卡取岩心、更换钻头及钻具等时间。孔深增加，提下钻时间增加，回次钻速减小。熟练操作、优化钻进、钻具升降机械化、自动化可提高回次钻速。

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钻进效果指标与钻进规程参数

3.技术钻速

技术钻速表示一台钻机一个月期间内用于完成基本工序∑t、辅助作业∑t1和其他补充作业∑T1的总时间与同期的钻进进尺HT与之比。其计算公式如下：

(m/h)

∑T1是指一个月期间内消耗在固孔、测量孔斜、地球物理测井、孔内注浆、人工造斜等工作中的补充作业时间，h。技术钻速取决于机台工作的技术水平、各项工作的组织配合及技术措施等。

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钻进效果指标与钻进规程参数

二、钻进规程

（一）钻进规程的含义

所谓钻进规程是指为提高钻进效率、降低成本、保证质量所采取的技术措施，通常指可由操作者人为改变的参数组合。在回转钻进中主要的钻进参数有：钻压（钻头上的轴向载荷）、钻具转速、冲洗介质（水、钻井液或压缩空气）的品质、单位时间内冲洗介质的流量等工艺参数。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系

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钻进效果指标与钻进规程参数

（二）钻进规程的类型

生产中有不同的钻进规程：最优规程、合理规程、专用规程1、最优规程（1）最优规程的定义：当地质技术条件和钻进方法已确定时，在保证钻孔质量指标（钻孔方向、岩矿心采取率等）的前提下，为获取最高钻速或最低每米钻进成本而选择的钻进参数搭配叫做最优规程。（2）实现最优钻进规程的条件是：钻机设备的功率、转速、钻杆的强度、冲洗介质的品质等因素不限制钻进参数的选择。

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钻进效果指标与钻进规程参数

2、合理规程在给定的技术装备条件下，当钻进规程参数的选择受到某种制约时（例如设备功率不足，钻机的转速达不到要求，钻具强度不够、冲洗液泵量不足等），在保证钻孔质量指标的同时争取最大钻速的钻进参数组合叫做合理规程。3、专用规程为完成特种取心，矫正孔斜，进行定向钻进等任务所采用的参数组合称为专用规程。与特种工艺匹配，钻速已成为从属的目标。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系

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钻进效果指标与钻进规程参数

三、钻进过程中各参数间的基本关系

1、钻压对钻速的影响依据钻速与钻压的实验曲线，可得出：（1）在很大的变化范围内(ab段)，钻压与钻速近似成线性关系；（2）a点之前，钻压太低，钻速很慢；（3）b点之后，钻压过大，岩屑量过多，甚至切削具完全压入岩层，孔底冷却和排粉条件恶化，钻头磨损也加剧，使钻进效果变差。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系

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钻进效果指标与钻进规程参数

1、钻压对钻速的影响可按图中的直线段来建立钻压P与钻速vm的定量关系，即

vm∝（P-W）

式中：

W——ab线在钻压轴上的截距，相当于切削具开始压入地层时的钻压。它在石油钻井中称为门限钻压，主要取决于岩层性质。不同地层的门限钻压各异。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系

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钻进效果指标与钻进规程参数

三、钻进过程中各参数间的基本关系

2、转速对钻速的影响

转速是钻头旋转的速度，表示切削具运动的快慢。由图可知：（1）在软、塑性大、研磨性小的粘土岩层钻进时（曲线Ⅰ），钻速vm与转速n关系基本呈线性关系；（2）在中等硬度、研磨性较小的岩层中钻进时（曲线Ⅱ），钻速vm与转速n的关系开始呈直线关系，但随着n继续增大而逐渐变缓，转速愈高，钻速增长愈慢；2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系

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钻进效果指标与钻进规程参数

三、钻进过程中各参数间的基本关系

2、转速对钻速的影响

（3）在中硬、研磨性强的岩层钻进时（曲线Ⅲ），开始时类似于曲线Ⅱ，但钻速随转速增大而增大的速率缓慢，当超过某个极限转速n0后，钻速vm还有下降的趋势。在钻压和其他钻进参数保持不变的情况下，钻速可表述为

vm∝nλ

式中：λ为转速指数，一般小于1，其数值大小与岩性有关。

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钻进效果指标与钻进规程参数

3、水力因素对钻速的影响一定的钻速条件下，单位时间内钻出的岩屑总量一定，而该数量的岩屑需要一定的水功率才能完全清除，低于这个水功率值，孔底净化不完善，则钻速降低。对于软岩，高于这个水功率值，水力参加破岩，使机械钻速可能升高。但此时，水力浮力的增加，对钻速的提高会造成不利影响，尤其是在硬岩层中。对孕镶金刚石钻头和自磨式钻头，必须在孔底保存一定的岩粉量，过大的水功率将导致钻速下降，甚至抛光钻头。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系

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钻进效果指标与钻进规程参数

4、冲洗液性能对钻速的影响

（1）冲洗液密度对钻速的影响冲洗液密度决定着孔内液柱压力与地层孔隙压力之间的压差。孔底压差对刚破碎的岩屑有压持作用，阻碍孔底岩屑及时清除，压差增大将使钻速明显下降。其关系为：式中：v0——零压差时的钻速，m/h；Δp——孔内液柱压力与地层孔隙压力之间的压差，MPa；β——与岩层性质有关的系数。

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钻进效果指标与钻进规程参数

4、冲洗液性能对钻速的影响

（2）冲洗液粘度对钻速的影响其他条件一定时，冲洗液粘度的增大,将使孔底压差增大，浮力增大，并使孔底钻头获得的水功率降低，从而使钻速降低。（3）冲洗液固相含量及其分散性对钻速的影响固相含量、固相颗粒大小和分散度对钻速对钻进速度有明显影响。由图可见，固相含量相同时，分散性冲洗液比不分散冲洗液的钻速低。固相含量越少，两者的差别越大。一般应采用固相含量低于4%的不分散冲洗液。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

硬质合金钻进分磨锐式硬质合金钻头钻进和自磨式硬质合金钻头钻进，两者的钻进工艺存在异同点。

一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程

（一）钻压的选择

磨锐式硬质合金钻头是以切削具压入切削和剪切破碎为主，钻压的大小决定着碎岩的方式和特点，依据图5-1的关系，钻压的选择必须大于a点的钻压。但随着切削具的磨损，其碎岩方式和特点也会发生变化。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

（一）钻压的选择

1、初始钻压与钻速的关系传统的观念认为：初始时，切削具锋利，所需钻压较小就可以满足比压大于岩石的压入硬度，产生体积破碎。随着切削具的磨损，切削具与岩石的接触面积增大，应逐渐加大钻压，维持比压继续大于岩石的压入硬度，以维持稳定的体积破碎。表9-19是初始钻压加载与钻进效果的实验数据。

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硬质合金钻进工艺

可以得出：随初始钻压的提高，钻头的回次进尺略有减少，但钻进时间减少较大，因而，回次钻速有较大提高。

其原因是：一开始就大钻压，有利于发挥切削具锋利的优势，产生较大的体积破碎，初始钻速很高，而切削具的磨损，随进尺的增加并未有显著的增加，回次进尺没有明显的减少。

可以认为：一开始就以允许的大钻压对钻进是有利的，但初试钻压并不是越大越好，是合理钻压。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

（一）钻压的选择2、钻压与所钻岩石的关系但不同岩石对增加钻压所表现出的钻速变化规律是不同的。（1）中硬—硬（6～7级）岩石最敏感，增大钻压时，钻速增长最显著；

（2）对4～5级的岩石，如果钻压过大，将使孔底排粉和冷却条件恶化，阻碍了钻速的成比例上升；（3）8～9级岩石是不宜用硬质合金钻进，可理解为：钻压值未达到体积破碎，钻压增加，磨损加剧，钻速下降。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

（一）钻压的选择2、钻压与所钻岩石的关系实际生产中，一般根据不同形状的硬质合金压力选用经验（表5-1），确定钻头上的总压力，即：式中：p——每颗切削具上应有的压力；m——钻头唇面上的切削具数目。钻进中，根据钻速的变化，适时调整。岩石越硬、研磨性越强，p值取上限；粘性软岩取小值；裂隙地层也应取小值。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

（二）转速的确定合金钻头转速的确定，考虑岩性和碎岩时间因素的影响。1、软岩层钻进时的转速钻进塑性大、研磨性小的软岩层(如粘土类岩层)，可以认为切削具切下来的岩石厚度就等于切削具切入岩石的深度，且钻进中切削具的磨损很小，其机械钻速v为：式中：h0——切削具的切入深度；

m——切削具的组数；

n——钻头的转速。硬质合金钻进软岩，可以认为机械钻速v与转速n是成正比的。

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硬质合金钻进工艺

一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程

（二）转速的确定2、中硬及硬岩层钻进时的转速（1）岩性影响：这类岩层压入硬度较大，研磨性也较高。钻进中切削具不断地被磨钝，使其与岩石的接触面积不断地增大，从而岩石受压的应力带也增大。如果转速较高，而切削具单位面积上的压力较小，磨损加剧，使得破碎岩石更为困难。

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硬质合金钻进工艺

2、中硬及硬岩层钻进时的转速

（2）时间因素的影响：时间效应是指，岩石在切削具作用下，从发生弹性变形——形成剪切体——跳跃式吃入岩石至一定深度，需要一个短暂的时间Δt。即：承受载荷的切削具在岩石表面停留一个短暂时间Δt，使裂隙能够沿剪切面发育至自由面，形成剪切体。如果转速超过临界值（n＞n0），则切削具作用于岩石的时间小于Δt，岩层中的裂隙尚未完全发育载荷便移走了，从而造成破岩深度减少，甚至使碎岩状态转化为表面破碎。由此，使用磨锐式硬合金钻头钻进较硬岩石时，不允许过高地增大转速。

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硬质合金钻进工艺

2、中硬及硬岩层钻进时的转速

一些研究者认为：时间因素对碎岩深度近似地存在下列关系：式中：h——转速n时，切削具实际的碎岩深度；h0——当n=0时的切入深度；μ——岩石的弹塑性衰减系数。

由上式可知：

在中硬以上岩层中钻进时，切削具的碎岩深度随转速的增高而明显地下降。

机械钻速v与转速呈抛物线关系。曲线最高点的是最优转速，此时的机械钻速最高。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

（二）转速的确定

3、钻头转速的线速度由于钻头的直径大小不一，切削具的运动以线速度更为科学，二者之间的关系为：(m/s)式中：D——钻头平均直径，m；

n——钻头转速，r/min。不同岩石，磨锐式硬质合金钻头钻进的最优线速度如表5-2（0.3~1.6m/s）。

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硬质合金钻进工艺

（三）冲洗液泵量的选择钻进中，由泵送入孔内的冲洗液的流量称为冲洗液量或泵量。1、冲洗液量与孔底岩粉量的关系泵送冲洗液的目的主要是清除钻进产生的岩粉和冷却钻头。因此，泵量的确定应以孔底岩粉量的多少为主要依据。

在硬岩层钻进中，如果转速较低、进尺慢，冲洗液量可适当减小；软岩层的转速越高、进尺越快，冲洗液量可适当增大。泵量过大，由于液流的阻力与流速的平方成正比，造成泵压过高，同时，冲蚀岩心和孔壁。

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硬质合金钻进工艺

2、冲洗液量与岩屑颗粒的关系孔内岩屑颗粒的上返速度主要取决于液流的上返流速（其次是与冲洗液的性能有关）、岩屑颗粒尺寸及其密度。实验表明：清水冲洗时，液流上升速度取0.25～0.6m/s；泥浆冲洗液时，液流上升速度取0.20～0.5m/s。钻进中的冲洗液量可按下式计算。

(L/min)

式中：v1——冲洗液在外环空间的上返速度，dm/min；D、d——分别为钻孔直径和钻杆外径，dm；m——孔壁、孔径不规则引起的上返速度不均匀系数，m取1.03～1.1。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

（三）冲洗液泵量的选择

3、冲洗液量与冲洗液性能的关系

为提高钻速，在可能的条件下应尽量选用清水作冲洗液；若用泥浆时，其粘度和密度值宜小不宜大，并尽量采用低固相不分散泥浆。（四）各钻进参数间的配合关系1、钻进规程参数间的相互影响虽然各钻进参数都存在着各自的最优值，但是，在钻进不同岩层时，由于各参数的相互影响，其最优值会有所改变。

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硬质合金钻进工艺

1、钻进规程参数间的相互影响

由硬合金切削具在7级岩石钻进试验的结果可知：（1）一定钻压下，随转速的增加，机械钻速亦有增长，但逐渐变缓。若超出试验范围，可能会出现极值。

（2）一定转速下，大的钻压将获得较高的机械钻速；在较大的钻压下，随着转速的增大，机械钻速增长的幅度也较大。钻压加大、转速加快，在极限范围内，机械钻速相应地提高，单位时间产生的岩屑量增多，岩屑的粒度也增大，因此，泵量也必须相应地增大。所以，钻进规程的各参数是相互影响的。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

（四）各钻进参数间的配合关系

2、钻进参数间的配合关系

用磨锐式硬合金钻头钻进，对于不同的岩石，应当有综合的最优钻进规程参数。其配合关系一般为：（1）钻进塑性松软岩层，宜采用高转速、低钻压、大泵量；（2）钻进4～5级中硬岩层，则应采用适当高的转速、中等钻压、稍大的泵量；（3）钻进硬而研磨性大的岩层时，应采用大钻压、低转速、中等泵量。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

一、磨锐式硬质合金钻头的钻进规程（五）最优回次钻程时间的确定用磨锐式钻头钻进时，在规程未改变的条件下，瞬时钻速随切削具的磨钝而递减。那么，当瞬时钻速下降到什么程度起钻换钻头最好？这是一个变钻速纯钻时间和起下钻辅助作业时间的平衡问题。因此，必须确定一个最佳回次钻程时间。确定最佳回次钻程时间的标准应是该回次的回次钻速达最大值。

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硬质合金钻进工艺

（五）最优回次钻程时间的确定1、确定最优回次钻程时间理论基础

根据前叙内容，钻头在t时间内的累计进尺H为：(5-14)

式中：v0——钻进开始时的瞬时钻速；k0——表示钻速下降的特征系数，主要取决于岩性、钻进规程和钻头类型。代入到回次平均钻速计算公式中，可以得到：

(5-15)

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硬质合金钻进工艺

（五）最优回次钻程时间的确定1、确定最优回次钻程时间理论基础

(5-15)令，可求出最优回次钻程时间：

，代入上式，得到最优回次钻速为：(5-16)2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

硬质合金钻进工艺

（五）最优回次钻程时间的确定1、确定最优回次钻程时间理论基础

最优回次钻速为：

(5-16)据瞬时钻速vm与进尺H的关系()，代入t0，可求出此时的瞬时钻速为：(5-17)在t0时刻，瞬时钻速与回次钻速正好相等。这便为在现场用绘图法确定最佳钻程时间t0提供了理论依据。

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硬质合金钻进工艺

（五）最优回次钻程时间的确定

2、作图法确定最优回次钻程时间（1）利用瞬时钻速vm—t和vR—t两曲线的交点来确定t0

。

如图所示。在钻进过程中，随时计算vm＝△H/△t

，vR=H/（t+T）。当两者相等时，即结束钻程而起钻。此时的时间即为最优钻程时间t0

。

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硬质合金钻进工艺

2、作图法确定最优回次钻程时间（2）利用回次进尺曲线的相应切点来确定t0。

如图示，横坐标为时间t，纵坐标为进尺H，起下钻时间为T，在横坐标0点的左边定A点，OA＝T。由图可得：当斜率直线AB与H—t（随钻进测绘）相切时，tgθ为最大值，即vR为最大值。切点对应的时间为t0。

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（五）最优回次钻程时间的确定

3、自动检测确定最优回次钻程时间（1）采用计算机自动检测技术确定最佳钻程时间的原理是：在钻进过程中定期检测进尺量，每7s时间由微机计算一次瞬时钻速vm和回次钻速vR并存储起来，同时按不等式

＜Cm（Cm的取值为1.1～1.2）判断是否需要终止回次钻程。如果不等式能满足，则表明钻进过程处于图5-6中t0点的左边或刚过t0点，可继续钻进。如果不满足，说明已稳定地超过t0点。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

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（五）最优回次钻程时间的确定

3、自动检测确定最优回次钻程时间（2）当不等式不满足时，还需继续观察5min，防止因偶然因素或规程变化造成的虚假现象。这时微机系统给钻压一个增量ΔP，以便观察瞬时钻速vm是否会继续增大而重新满足不等式，同时每秒测算一次Cm值，如果不满足的次数达60%，则发出“起钻”的命令。

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硬质合金钻进工艺

二、自磨式硬合金钻头的规程特点

1、自磨式钻头与磨锐式钻头的主要区别（1）自磨式钻头切削具与孔底接触面积恒定，机械钻速稳定，回次进尺也较长，不受瞬时钻速不断下降的影响；

（2）自磨式钻头的碎岩是以磨削和微剪切为主，要求硬质合金切削具随着磨耗能适量地从胎块中出露；

（3）钻进以6~8级中硬以上的岩层为主，钻速较低，岩粉较细。以上区别是确定自磨式硬合金钻进规程的依据。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第二节

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二、自磨式硬合金钻头的规程特点

2、自磨式硬合金钻头的规程特点（1）钻压：自磨式钻头与岩石的接触面积大，总的钻压应大于磨锐式钻头。一般钻压比磨锐式大20%～25%；（2）转速：由破岩机理可知，自磨式钻头必须采用比磨锐式更高的转速，以提高单位时间的破岩次数；（3）泵量：自磨式硬合金钻进可以采用比磨锐式略小的泵量，但为了充分冷却（转速较高）和避免重复破碎，应尽量采用大的泵量。且初始泵量大，随着胎块的磨耗，过水断面减小需及时调小泵量，以防蹩泵。

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金刚石钻进工艺

金刚石钻进工艺包括合理的选择金刚石钻头和确定金刚石钻进规程参数两个方面。

一、合理选择金刚石钻头理论上金刚石钻头可以钻进各类岩石，但在实践中往往出现一些反常现象：如在某些地层中，钻头金刚石耗量大而进尺少；在另一些地层中，钻头的钻速很低，甚至出现钻头“打滑”不进尺的情况；一种钻头在这个地区钻效很高，而在另一个地区却效果很差。这些现象归结起来说明一个问题，金刚石钻进中所选用的钻头必须和所钻的岩性相适应。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第三节

金刚石钻进工艺

一、合理选择金刚石钻头选择金刚石钻头其原则为：（1）软至中硬和完整均质岩层，一般宜用天然表镶钻头、复合片钻头、聚晶钻头。（2）硬至坚硬致密的岩层（7~12级），一般宜用孕镶钻头，尖环槽钻头，或细粒表镶金刚石钻头。（3）在破碎、软硬互层、裂隙发育或强研磨性岩层，宜用尖齿型广谱钻头或耐磨性好的、补强的电镀孕镶钻头。

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金刚石钻进工艺

选择金刚石钻头其原则为：

（4）胎体耐磨性的原则：强研磨性岩层，选用高耐磨性胎体；中等研磨性岩层，选用中等耐磨性的胎体；弱研磨性岩层，选用低耐磨性的胎体。（5）复杂岩层，研磨性越强、越硬，选用金刚石晶级好、粒度相对细的钻头。（6）强研磨性、破碎的岩层，选用金刚石浓度较高的钻头。反之，均质致密、弱研磨性的岩层，选用浓度较低的钻头。（7）岩层软，排粉多，选用复合片钻头或聚晶钻头，易冲蚀的岩矿层取心，应采用底喷式钻头。

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金刚石钻进工艺

二、金刚石钻进规程参数

金刚石钻进规程参数包括：钻压、转速、冲洗液量。影响钻进规程参数的因素：岩层性质、钻头类型等。评定金刚石钻进规程的主要依据是：钻速、钻头总进尺和单位进尺的金刚石耗量三个指标。

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金刚石钻进工艺

二、金刚石钻进规程参数

（一）钻压

金刚石钻进，根据钻压的不同，同样分三个破碎阶段：表面研磨破碎、疲劳破碎、体积破碎。随钻压的增加，单位进尺的金刚石耗量也增长很快。过大的钻压使金刚石耗量急剧增大，并导致钻速下降，因此，钻压值应选择在图中的最优区内。具体选择钻压，可根据岩石硬度、金刚石的抗压强度和钻头的类型等因素确定。

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金刚石钻进工艺

1、表镶金刚石钻头的钻压P

根据岩石硬度、金刚石的抗压强度确定钻压：钻压P应使每粒工作金刚石与岩石接触应力大于岩石的抗压入硬度σC,小于金刚石的强度σD。

上式确定钻压应以后者为基本原则，因此，表镶金刚石钻头的钻压P：P=mp（N）式中：m——钻头上工作金刚石的粒数，一般为总粒数的2/3~3/4；p——单粒金刚石允许的压力（与粒度、品级有关），N/粒F——单粒金刚石与岩石接触面积，（mm2）2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第三节

金刚石钻进工艺

（一）钻压

2、孕镶金刚石钻头的钻压W

孕镶钻头上的金刚石颗粒多、出刃量小，可以认为是胎体唇面与岩石全断面接触，钻压对金刚石的抗压强度的影响降为次要因素，主要应根据岩石的性质确定钻压W

W=Fq

（N）式中：F——钻头实际工作唇面面积，mm2；

q——单位唇面面积推荐的压力。中硬岩石取4～5N/mm2；坚硬岩石或金刚石质量高取6～7N/mm2。

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金刚石钻进工艺

3、选择和施加钻压时还应注意以下几点：

（1）岩石性质。软岩层或破碎、非均质岩层宜选下限钻压；

（2）金刚石。金刚石质量好、数量多、粒度大时，宜选用上限钻压，反之，则取下限钻压；

（3）钻头类型。钻头直径大、壁厚、岩石接触面积大时，宜选用上限钻压。

（4）注意新钻头与孔底的磨合。在磨合阶段应使用低钻压、低转速，使钻头唇面形状与孔底及岩心根部逐渐相吻合。

（5）孔底实际钻压。钻孔弯曲、泵压的脉动和岩性不均质造成钻具振动，使孔底实际的瞬时动载可能是地表仪表指示钻压的0～3倍。因此，对于深孔、斜孔和非均质岩层应取较小的钻压。

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金刚石钻进工艺

二、金刚石钻进规程参数（二）转速

1、转速与机械钻速、钻头磨损间的关系

（1）金刚石钻头与硬质合金钻头不同，金刚石出刃小，是以多刃切削、研磨破碎岩石，要获得较好的钻进效率，主要靠提高单位时间内的切削岩石的次数。其变化规律基本呈线性正比关系。

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金刚石钻进工艺

1、转速与机械钻速、钻头磨损间的关系（2）不同钻压条件下，转速与钻速的变化规律如图10—36。图中表明：在较高的钻压下，转速对钻速的影响更显著，呈正比线性关系（时间效应很小）；钻压偏低未达到碎岩应力时，钻头反而有被抛光的趋势，钻速随转速增加而下降。

（3）转速与切削具磨损之间的关系比较复杂，存在一个最优合理值，即在一定的转速下，切削具的磨损量最小，钻速适中，钻头进尺最佳。

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金刚石钻进工艺

（二）转速

2、转速的确定

（1）表镶金刚石钻头的线速度

表镶金刚石钻头所用的金刚石粒度较大，出刃量也较大，允许有较大的切入量，所以转速应低于孕镶钻头。推荐的线速度为1～2m/s。

（2）孕镶金刚石钻头的线速度孕镶金刚石钻头的金刚石粒度很小，出刃量微小，主要靠高转速来获取钻进效率。推荐的线速度为1.5～3m/s。

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金刚石钻进工艺

（二）转速

2、转速的确定

（3）转速选择的一般原则

①在中硬至硬、中等研磨性的完整岩层中，一般可采用较高转速；②在坚硬致密的岩层中，主要靠钻压破碎岩石，宜采用较低转速；③

在复杂地层中钻进，宜采用较低转速；

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金刚石钻进工艺

二、金刚石钻进规程参数（三）冲洗液泵量

1、金刚石钻进对冲洗液量的特殊要求

（1）金刚石钻头唇面排粉漫流间隙小，极易形成岩屑重复破碎、岩粉堵塞，使孔底排粉和冷却条件恶化，故对钻头水口和冲洗液水力学提出了特殊要求。

（2）金刚石热稳定性差，温度过高将导致金刚石石墨化，胎体变形，机械性能降低（高转速缺水1~2min就可“烧钻”）。故冲洗液应具有较好的冷却效果。

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金刚石钻进工艺

二、金刚石钻进规程参数（三）冲洗液泵量

1、金刚石钻进对冲洗液量的特殊要求

（3）钻孔环状间隙小，约2—3mm，水力损失大，故金刚石钻进时，冲洗液循环应具有较高的泵压。（4）孕镶钻头钻进，岩粉较细，加之孔底需有一定的岩屑帮助金刚石自磨出刃，故泵量相对较小（冷却作用的泵量较小，每厘米钻头直径只需0.2~0.3L/min就能达到较好的冷却效果）。

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金刚石钻进工艺

（三）冲洗液泵量

2、泵量对钻速的影响

图10-38是钻进粉砂岩和花岗岩时，泵量对钻速的影响

（1）随着泵量的增加，钻速增加，到一定程度时，钻速趋于稳定；

（2）随着泵量的增加，金刚石磨损量减小，到一定程度时，磨损量趋于稳定；

（3）在泵量较小的情况下，随着泵量的减小，钻速急剧减小，磨损量急剧增大。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第三节

金刚石钻进工艺

（三）冲洗液泵量

3、冲洗液量的确定金刚石钻进冲洗液泵量Q一般是根据液流上返速度来确定

Q=6vF(L/min)

式中：v——环空上返流速，金刚石钻进v≥0.3～0.5m/s；

F——钻孔的环空面积，cm2。

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金刚石钻进工艺

（三）冲洗液泵量

4、具体选择冲洗液量时，还应考虑以下因素：（1）岩层性质：钻进坚硬致密的岩层时，单位时间产生的岩粉量少，选择下限泵量；钻进强研磨性岩层时，摩擦功较大，需要较大泵量冷却，但应合理选择，防止携带岩粉粒在高速液流冲蚀胎体，导致金刚石颗粒过早脱落。

（2）钻头类型：孕镶钻头出刃微小，唇面间隙小，主要靠多个水口循环，且常以高转速钻进，因此宜用较大泵量，以防止发生烧钻。表镶钻头的出刃较大，排粉和冷却条件较好，故可选用较小的泵量。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第三节

金刚石钻进工艺

三、金刚石钻进的临界规程

金刚石钻进的临界规程是钻进中不宜超过的规程参数。在临界规程下，钻头胎体温升将急剧上升，功率消耗剧增，钻头磨损严重，甚至出现烧钻。因此，研究金刚石钻进的临界规程有着特别重要的意义。

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金刚石钻进工艺

三、金刚石钻进的临界规程

1、胎体温度与钻压P和转速n的关系

表5-6是孕镶钻头钻进花岗岩时，胎体温度和P、n之间的关系。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第三节

金刚石钻进工艺

1、胎体温度与钻压P和转速n的关系

当钻压P和转速n达某一值时，胎体温度急剧上升——钻进规程已转入临界规程。对于具体的岩石而言，P·n的临界值基本上是个常量（6.0×105左右）。图5-8中斜线部分为P·n临界值的范围。2、功耗、机械钻速与钻进规程的关系临界规程时，功率消耗、机械钻速与胎体温度升高的趋势完全一致。即：与胎体温升同步进入临界状态，在同一P·n临界值，功率消耗、机械钻速激增。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第三节

金刚石钻进工艺

三、金刚石钻进的临界规程

3、胎体温度与冲洗液的关系

试验表明，当钻进过程进入临界状态后，冲洗液的冷却效果是有限度的，单纯依靠增大泵量防止温升与功耗问题，是不可能的。由表5-8的数据可知，当泵量泵量增大一倍时，胎体温度和功率消耗虽有某种程度的降低，但并不能使钻进过程从临界状态转化为正常规程。

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金刚石钻进工艺

三、金刚石钻进的临界规程

4、钻头磨损与钻进规程的关系图5-9是钻头胎体相对磨损量与钻进规程（P·n）间的关系曲线。当由正常规程转入临界规程时，钻头磨耗都是突然急剧增大。曲线Ⅱ的磨耗量要比曲线Ⅰ高3倍，可能是生产条件下的孔内动载使金刚石强度和胎体硬度降低。

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金刚石钻进工艺

三、金刚石钻进的临界规程

综上所述，可以得出两点结论：

（1）对金刚石钻进，每种岩石都存在着临界规程，其P·n值基本是个常数；钻压P和转速n两个参数之间存在着明显的交互影响，必须同时考虑它们的取值；进入临界规程的主要表现是胎体温度急剧升高，钻头严重磨耗，虽然此时钻速也很高，但可能导致烧钻。因此，必须保证钻进生产工艺小于临界规程。（2）钻进中的胎体温度和钻头非正常磨耗是重要的孔内工况指标，但不便于测量。而功率消耗是同步进入临界规程，便于在地表检测，因此可通过测量钻进功率来判断钻进过程是否正常。

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钢粒钻进工艺

一、钢粒钻进的规程钢粒钻进规程：投砂方法及投砂量、钻压，转速、冲洗液等。（一）投砂方法及投砂量向孔底供给钢粒的方法称投砂方法。钢粒钻进的投砂方法一般有三种方法：一次投砂法、结合投砂法、连续投砂法。1、一次投砂法（1）投砂方法：在钻进开始前，把一个回次所需的全部钢粒一次投入孔内的方法称为一次投砂法。可以从孔口直接投入，也可以在下钻到底时，从钻杆内孔投入。

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钢粒钻进工艺

1、一次投砂法（2）投砂量：取决于岩石性质和回次进尺。图中表示投砂量对各钻进指标的影响。

投砂量存在最优值，实际生产中，一般按下式估算投砂量G

G=KD(kg)

式中：D-钻头直径，cm；K-单位投砂量，0.15～0.3kg/cm，岩石可钻性、研磨性高，取上限。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第四节

钢粒钻进工艺

（一）投砂方法及投砂量2、结合投砂法（分批投砂法）（1）投砂方法：这种投砂法是在回次开始前，先投入所需钢粒的50~60%，钻进一定的时间后再从钻杆内分别补投1—2次。

（2）结合投砂法的特点：

①改善了一次投砂法扩大孔径和磨细岩心的缺点；②

可以适当延长钻进回次时间；

③补砂时需停钻，并将钻具提离孔底一定距离，容易引起岩心堵塞和岩心脱落；④

适用于钢粒消耗量大的坚硬、强研磨性岩石。

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钢粒钻进工艺

（一）投砂方法及投砂量3、连续投砂法

（1）投砂方法：在钻进过程中连续不断地（或小组份接连不断地）向孔内供给钻粒，以补充钻进中的消耗。

（2）连续投砂法的特点：

①使孔底保持有适量的钢粒，克取岩石均匀、钻进稳定、钻孔质量良好、钻粒和钻头消耗较小；

②必须配套有专门的连续投砂器，如果调节不当，影响钻进效率和质量。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第四节

钢粒钻进工艺

（二）钢粒钻进的钻压

1、钢粒钻进中钻压的作用（1）是孔底破碎岩石的必要条件，并影响碎岩方式；（2）是钻头牵动钢粒联系力的主要依据。2、钻压的选择（1）单位压力p存在最优值pmax

影响最优单位压力的因素有：钻头唇面硬度、钢粒强度、岩石性质和转速。

①岩石愈硬，钢粒强度和耐磨性愈低，则所需的pmax压力也较低；②

转速越快，钢粒在孔底翻滚的脉动频率越高，pmax值下降。

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钢粒钻进工艺

（二）钢粒钻进的钻压

2、钻压的选择

（2）钻压的确定

（N）式中：k——考虑水口使钻头唇面面积减少的系数，k=0.7～0.8；p——钻头唇面的单位压力，Pa；

D、d——钻头外径和内径，m。

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钢粒钻进工艺

（三）钢粒钻进的转速1、转速与岩石破碎的关系转速大小决定钢粒在孔底滚动的速度和克取岩石的频率。转速大就意味着钢粒在单位时间内滚动的次数多，行动的路程长，对岩石施加的动载荷加强，因而破碎岩石的效果可增强。2、转速过大的危害（1）过大的动载会使钢粒提前破碎损耗；（2）离心力增大，可能使钢粒抛离钻头的底唇，使唇底的工作钢粒减少，钻进速度反而降低（尚有争议）。

（3）使钻具的摆动加剧，回转偏心距增大。扩大孔壁、磨细岩心，使钻孔弯曲增大、岩心采取率降低、钻进效率降低。

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钢粒钻进工艺

（三）钢粒钻进的转速3、转速存在最优值（1）硬岩层中，钢粒的抗压强度相应变小，钢粒容易过早破损，因此，转速较低；软岩层中，则可以在硬度较采用较高的转速。（2）转速受孔深限制。钻孔较深时，若转速较大，由于离心力的作用，使钻杆柱弯曲严重，与孔壁的摩擦加剧，回转阻力增加，钻压传递与碎岩效果变差；（3）转速选择受钻杆强度和设备能力的限制。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第四节

钢粒钻进工艺

（四）钢粒钻进的冲洗液量1、钢粒钻进的冲洗液量存在最优值（1）钢粒钻进冲洗液作用：在钢粒钻进中，冲洗液流不仅起着排除岩粉和冷却钻具的作用，还起着分选、更新钢粒和唇面下合理布砂的作用。（2）冲洗液量不足的危害：岩粉大量积聚在孔底，钢粒不能与岩面接触，滚动阻力也增大，脉动力减弱量，碎岩效率降低。容易造成卡钻或埋钻事故。

（3）冲洗液量过大的危害：钢粒被冲离孔底。唇面下缺少或没有工作钢粒，钻头直接接触到岩石，钻进就无法进行。

因此，钢粒钻进中，冲洗液量存在最优值。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第四节

钢粒钻进工艺

（四）钢粒钻进的冲洗液量2、冲洗液量确定

Q=q0D（L/min）

式中：D——钢粒钻头直径，cm；

q0——单位直径的泵量，清水时q0=3～5L/min˙cm，泥浆时q0=1.5～3L/min˙cm。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第四节

钢粒钻进工艺

（四）钢粒钻进的冲洗液量3、影响冲洗液量的因素钻进中，影响冲洗液量的因素除了冲洗液的类型外，还有：

（1）岩性：岩石越硬，钻速越低，岩粉越少，冲洗液量越小；

（2）水口：水口面积越小，液流速度越大，冲洗液量适当减小；

（3）投砂方法：一次投砂，孔底钢粒不断磨耗变少，水口面积也不断减小，因此，冲洗液量应逐步改小。连续投砂法，孔底砂量基本不变，但冲洗液量也应随着钻头水口变小而逐渐减小冲洗液量。

钢粒钻进的整个回次钻程中，冲洗液量分数次、逐步改小过程，一般称为“改水”。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第四节

钢粒钻进工艺

（四）钢粒钻进的冲洗液量3、影响冲洗液量的因素（4）钻压和转速的影响：如图4-16所示，随着钻压的提高，冲洗液量增加；随着转速的提高，冲洗液量适当减小。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第四节

钢粒钻进工艺

二、钻进规程合理性的判断

1、根据钻头磨损的情况判断

（1）正常磨损的钻头，其底唇呈圆弧形，麻痕均匀，说明投砂量和冲洗液量恰当。（2）钻头底唇面光滑明亮、没有麻痕，说明钻头下面没有钢粒，钻头与岩石直接接触。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第四节

钢粒钻进工艺

1、根据钻头磨损的情况判断（3）钻头底端磨成喇叭口形，且内周没有麻痕。说明冲洗液量过大，钻头底面内周没有钢粒，直接与岩心摩擦。（4）钻头底端外面磨成锥形，且锥面光滑。说明冲洗液量过小，钻头外周与岩粉和孔壁磨损所至。（5）钻头外面麻痕过高，且超过水口，说明孔底砂量偏多或送水量过大。麻痕高度基本上与水口齐平或略低于水口，则为砂量正常，送水合适。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第四节

钢粒钻进工艺

二、钻进规程合理性的判断

2、根据岩心变化情况判断

（1）岩心直径上下基本一致，说明砂量和冲洗液量掌握适当；（2）岩心直径过粗，说明冲洗液量过大或孔底钢粒偏少；（3）岩心直径过细，说明冲洗液量过小，或孔底钢粒过多；（4）岩心忽粗忽细，上下直径不均一，这是冲洗液量时大时小或投砂不均匀所致；（5）岩心上细下粗，直径相差悬殊，说明回次初投砂量太多，水量偏小，而回次末，水量又偏大。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

一、钻进规程参数（一）规程参数匹配一般原则

1、在松软的高塑性地层中钻进时，采用较高转速、较大冲洗液量配以适当的钻压，可以达到较高的钻进效率。2、在中硬——硬地层中钻进时，主要以增加和保持较大的钻压，配以适当的转速和冲洗液量，可以提高机械钻速。3、现行牙轮钻头已形成标准规格系列，各厂家生产的钻头均有推荐的钻进规程参数，实际使用时应正确确定其适用范围。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

一、钻进规程参数（二）正确确定规程参数的适用范围钻压和转速适用范围的确定应考虑：钻速的提高，钻头、钻具、设备能力，井身质量和经济指标。

1、转速对钻速的影响

实际钻进表明：在镶齿钻头常用的35—55r／min转速范围内，钻速和转速接近线性关系。2、钻压对钻速的影响当比压在5.35~10.63kN/cm范围内，钻速与所加钻压成正比。一般常用最佳范围为5.04—8.94kN/cm。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

（二）正确确定规程参数的适用范围3、转速对轴承寿命的影响转速越快，牙轮钻头内滑动轴承的线速度就越高，摩擦发热量增大，易产生咬合现象。一般滑动轴承钻头的转速在35—65r／min范围内（与轴承直径大小有关）。

4、钻压对轴承寿命的影响

铣齿钻头最大钻压由轴承的承压能力确定；镶齿钻头轴承的承压能力一般比齿部大，实际使用的钻压范围对轴承寿命无直接影响。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

（二）正确确定规程参数的适用范围5、钻压和转速对牙齿寿命的影响牙轮钻头齿的损坏主要表现为牙齿的磨损（铣齿钻头）或折断（镶齿钻头），其原因除了岩石的硬度以外，主要是牙轮钻进时产生的脉动冲击，冲击强度与钻压、转速有关。钻进中，如果钻压改变，则应维持P•n值的恒定，并在允许的范围内。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

（二）正确确定规程参数的适用范围6、冲洗液量的确定冲洗液量的确定应保证携带岩粉在环空的最低上返流速va和实现钻头处最大的水功率Na或射流冲击力Fa。式中：——冲洗液密度，g/cm3；

Dh——孔径，cm。最大水功率或最大射流冲击力是通过优化选择喷嘴直径实现的。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

二、优化钻进参数钻井

优化参数钻井是依据本地区已有的钻井资料，在科学分析的基础上优化钻进参数，以寻求钻速最快、成本更低。由于理论模型的数学推导比较烦琐，本节侧重介绍优化钻井的基本思想和优化方法。

（一）牙轮钻进的钻速方程

依据石油钻井应用最广泛的杨格钻速模式，可以建立牙轮钻进钻速vm与钻压、转速、牙轮磨损、压差和水力因素之间的综合关系式(m/h)(5-25)2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

(5-25)

式中：P——钻压，KN；W——门限钻，KN；n——转速，r/min；

K——可钻性系数，与岩性、钻头类型、冲洗液性能等有关；

λ——转速指数；C2——牙齿磨损系数，与齿形和岩性有关；

CH——孔底水力净化系数，实际钻速与净化完善的钻速之比；

CP——差压影响系数，实际钻速与零差压时的钻速之比；

h——牙齿的相对磨损高度，新钻头h=0，全部磨损时h=1。

式中的W、K、λ、C2，在岩性、钻头类型、冲洗液和水力参数一定时，是固定不变的常量，可通过现场试验和钻头资料确定。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

（二）钻头磨损方程

在一定的钻压和转速条件下，牙轮钻头牙齿的磨损方程为：

（5-28）式中：D1和D2——钻压影响系数，与钻头尺寸有关，可查表获得。

Q1和Q2——转速影响系数，与钻头类型有关，可查表获得。C1——牙齿磨损减慢系数，与钻头类型有关，可查表获得。Af——地层研磨性系数，待确定。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺（三）钻进方程中有关参数的确定

钻进方程中需要确定的参数有：可钻性系数K、门限钻压W、转速指数λ、牙轮磨损系数C2和岩石研磨性系数Af。这些参数需要根据实际钻进资料分析确定。确定各参数的步骤是：首先根据新钻头开始钻进时的钻速试验资料，求门限钻压W、转速指数λ和地层可钻性系数K；然后根据该钻头的工作记录，确定钻头所钻岩层的岩石研磨性系数Af、牙齿磨损系数C2等。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺（三）钻进方程中有关参数的确定

1、门限钻压W和转速指数λ的确定

求门限钻压W和转速指数λ的基本方法是五点法钻速试验，试验条件为：（1）试验中冲洗液性能不变，水力参数恒定，且维持在本地区通用水平上，以保证试验中CH和CP不变，避免水力因素对W值的影响。（2）在不影响试验精确性的条件下，尽可能使试验孔段短一些，以使试验开始和结束时的牙齿磨损量相差很小。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

五点法钻速试验的步骤如下：

（1）根据本地区允许使用的钻压和转速范围，确定试验采用的最高钻压Pmax、最低钻压Pmin、最高转速nmax和最低转速nmin，同时，选取近似平均值的钻压P0和转速n0。（2）按照图5-11上各点的钻压、转速配合，从第一点（P0，n0）开始，按所示方向，依次钻进试验，每点钻进0.5m或1m，并记录下各点的钻时，直至钻完第6点。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

五点法钻速试验的步骤如下：

(3)将试验数据填入下表5-12中，同时把钻时转换成钻速。为保证计算精度。1，6点的相对误差（Vm1-Vm6）/Vm1应小于15%。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

五点法钻速试验的步骤如下：

（4）根据记录表中2，5点的数据（转速不变），计算该钻速下的门限钻压W1。由钻速方程（5-25）可得出Vm2和Vm5的表达式，把两式相除，整理后可得：（5-29）同理，由第3，4点的数据可算出该钻速下的门限钻压W2，取W1，W2的平均值，即为该地层的门限钻压值W：W=（W1+W2）/2（5-30）2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

五点法钻速试验的步骤如下：

（5）以同样的方法，根据试验中第2，3两点和4，5两点数据（钻压不变），分别代入钻速方程（5-25），并消元，可获得两个钻压下的转速指数λ1和λ2，取它们的平均值即为该试验地层的转速指数λ。

2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺2、地层可钻性系数K的确定

根据新钻头的试钻资料，此时牙齿磨损量h=0，初始钻速为Vm0，由钻速方程（5-25）可得

（5-31）2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

3、牙齿磨损系数C2的确定在岩性和各参数基本不变前提下，起出的钻头牙齿磨损量为hf，开始钻进和起钻时的钻速分别为Vm0（h=0）和Vmf（h=hf），由钻速方程得牙齿磨损系数C2为：（5-32）2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺4、岩石研磨性系数Af的确定由牙齿磨损速度方程积分得根据钻头类型及其影响系数，钻进过程中的平均钻压、转速和钻头工作时间，以及起出钻头的牙齿磨损量，便可求出该钻进过程内的岩石研磨性系数Af。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

（四）钻头最优磨损量、最优钻压和最优转速的确定

1、钻头最优磨损量

确定最优钻压和最优转速的目标是寻求钻进成本最低。依据本章第一节内容，为简化起见，钻进成本C的计算式为：式中：Cb——钻头价格；Cr——钻机单位时间作业费用；t——纯钻进时间；T——起下钻等辅助作业时间；H——钻进进尺，m；2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺（四）钻头最优磨损量、最优钻压和最优转速的确定

1、钻头最优磨损量依据上式，取得成本最低的条件是：在最短的时间内，获得最多的进尺，即：获得最高的机械钻速，而机械钻速的高低与钻头的磨损有关，随着磨损量的增加，机械钻速降低，因此，钻进成本与钻头的磨损必然存在一定的函数关系，取=0，可导出成本最低时的最优磨损量的表达为：2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺1、钻头最优磨损量

（5-35）式中：

（5-35）式是个三维非线性方程式（未知量P、n、hf），它在P、n、hf的三维空间中组成一个曲面，称为最优磨损面。如图示。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

2.最优转速在P、n、hf三维空间中的约束范围内，任取一对钻压和磨损量的值，都可以找到一个使成本最低的转速，此转速即为所取条件下的最优转速。（5-36）式是求最优转速的通式。

（5-36）式中：；；而；2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第五节

牙轮钻进工艺

2.最优转速同理，在P、n、hf三维空间的约束范围内，任取一对转速和磨损量的值，都可以找到一个使成本最低的钻压最优值。（5-37）式是求最优钻压的通式。

（5-37）式中：。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第六节全面钻头钻进工艺

（本节可以自学）自学要求：

①了解和掌握硬质合金全面钻进和金刚石全面钻进的规程参数确定；

②重点掌握干式螺旋钻的规程参数确定，包括：临界转速的概念、临界转速的的确定与计算、长螺旋与短螺旋的转速、钻压的确定和为什么必须减压钻进。2/12/2026中国地质大学勘查与基础工程系第六节全面钻头钻进工艺除牙轮钻头钻进外，全面钻头钻进还包括：硬质合金全面钻进、干式螺旋钻进和金刚石全面钻进。硬质合金全面钻进和金刚